自动化到底是什么的?不只局限于工业,社会生长已经无法脱离它

时间:2021-05-21 01:15 作者:爱博
本文摘要:自动化顾名思义,就是自动化技术在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天等方面的应用。自动化技术自上世纪30年月以来,取得了惊人的成就,已在工农业生产和国民经济各行业中起着关键的作用,自动化水平的崎岖已成为权衡各行各业和各国家现代化水平的一个重要标志,自动化专业就是要学习自动化技术,并把它应用到实际的系统中去。

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自动化顾名思义,就是自动化技术在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天等方面的应用。自动化技术自上世纪30年月以来,取得了惊人的成就,已在工农业生产和国民经济各行业中起着关键的作用,自动化水平的崎岖已成为权衡各行各业和各国家现代化水平的一个重要标志,自动化专业就是要学习自动化技术,并把它应用到实际的系统中去。

我国高等院校自动化专业的造就目的:造就适合社会主义现代化建设需要,德智体全面生长,在控制理论、控制系统、生产历程自动化、人工智能与机械人控制等领域具有宽阔理论基础和相关专门知识,具有创新和开拓精神的高级工程技术人才。结业生能在国民经济及国防各部门和行业从事控制系统的研究、设计、集成、开发、制造和应用等事情。

一、自动化专业先容自动化专业是面向系统、软硬兼顾、注重应用的宽口径专业。造就具备电工技术、电子技术、自动控制理论、自动检测与仪表、信息处置惩罚、系统工程、盘算机技术与应用和盘算机网络技术等较宽领域的工程技术基础和专业知识的高级技术人员。学生结业后,可在各行各业的运动控制、历程控制、电力电子技术、检测与自动化仪表、盘算机控制等领域从事系统分析、系统设计、系统运行、科技开发及研究等方面的事情。大家将在四年里,除了学习一些基础课(如高等数学、大学英语、大学物理)等,还将主要学习电路原理、电子技术基础、微机原理、自动控制原理、信号与系统、单片机及接口技术、PLC,仪表与历程控制、电机控制、盘算机控制等课程。

二、自动化的生长简史控制和自动化技术的生长履历了四个历史时期。1. 自动装置的泛起和应用(18世纪以前) 古代人类在恒久的生产和生活中,为了减轻自己的劳动,逐渐使用自然界的动力(风力、水力等)取代人力、畜力,以及用自动装置取代人的部门繁重的脑力运动和体力运动。

例如:古代,公元前14至公元前11世纪,中国和巴比伦泛起了自动计时装置—刻漏等,近代,俄国机械师波尔祖诺夫于公元1765年发现了蒸汽锅炉水位保持恒定,用的浮子式阀门水位调治器。2. 自动化技术形成时期(18世纪末至20世纪30年月) 公元1788年英国机械师J. Watt(瓦特)发现离心式调速器,并把它与蒸汽机的阀门毗连起来,组成蒸汽机转速的闭环自动调速系统,这项发现对第一次工业革命和控制理论厥后的生长有重要影响。

(1)自动调治的广泛应用:由于第一次工业革命的需要,人们开始接纳自动调治器或装置,使一些物理量保持在给定值四周。公元1868年法国工程师J。法尔科发现反馈调治器,并把它与蒸汽阀毗连起来,操作蒸汽船的舵,他称之为伺服机构。

到了20世纪20~30年月,美国开始接纳PID调治器,这是一种模拟式调治器,现在还在许多工厂中使用。(2)自动调治系统的稳定性问题:自动调治器和被控制工具组成自动调治系统,其时人们发现系统的被控制量忽高忽低,即发生振荡(不稳定),这使得一些科学家从理论上来加以研究,公元1877年英国数学家E。

劳斯、1895年德国数学家A。胡尔维茨提出代数稳定判据,沿用到现在。公元1892年俄国数学家A。

李雅普诺夫提出稳定性的严格数学界说并揭晓了专著。他的稳定性理论至今还是研究分析线性和非线性系统稳定性的重要方法。(3)反馈控制和频率法:进入20世纪以后,工业生产中广泛应用种种自动调治装置,促进了对换节系统的分析和综合的研究。

通过在解决电子管放大器失真问题上的研究,1927年美国电气工程师H。布莱克(Black)引入的反馈观点,使人们对自动调治系统中反馈控制的结构有了更深刻的认识。

今后在拉普拉斯变换的基础上,通报函数的看法被引入到分析自动调治系统或元件上,成为重要工具。1932年美国电信工程师N。奈奎斯特提出著名的稳定判据,可以凭据开环通报函数判断闭环反馈系统的稳定性。

以上标志着经典控制理论的降生。3. 局部自动化时期(20世纪40~50年月) (1)经典控制理论的形成和生长:在前述代数稳定判据和通报函数、依据频率响应的频率法判据的基础上加上W。

埃文斯1948年的根轨迹法,奠基了经典控制理论的基础。第二次世界大战后工业迅速生长,随着高速航行、核反映堆、大电力网和大化工厂提出的新控制问题:非线性系统、时滞系统、脉冲及采样控制系统、时变系统、漫衍参数系统和有随机信号输入的系统的控制问题等的深入研究,经典控制理论在20世纪50年月有了新的生长。(2)局部自动化的广泛应用:第二次世界大战后,在工业上已广泛应用PID调治器,并用电子模拟盘算机来设计自动控制系统。其时在工业上实现局部自动化,即单个历程或单个机械的自动化。

其时的PID调治器是电动的或气动的、液压的。在20世纪30~40年月泛起了统一信号的、通用的、尺度的气动单元组合仪表。20世纪50年月研制出了电动单元组合仪表。

这些为工业自动化提供了必不行少的技术工具,并使得组成和设计自动控制系统更轻便、更工程化了。(3)电子数字盘算机的发现:电子数字盘算机的发现,为20世纪60~70年月开始的在控制系统广泛应用法式控制和逻辑控制以及应用数字盘算机直接控制生产历程,奠基了基础。

现在小型盘算机或单片盘算机已成为庞大自动控制系统的一个组成部门,以实现庞大的控制和算法。4. 综合自动化时期(20世纪50年月末起至今) 庞大工业、庞大工业历程和航天技术的自动控制问题,都是多变量控制系统的分析和综合问题,迫切需要加以解决。

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但经典的控制理论的直接应用遇到了难题。20世纪70年月微处置惩罚机的泛起对实现种种庞大的控制任务起了重大的推行动用。现代控制理论的形成和生长:1956年,前苏联数学家庞特里亚金提出极大值原理,同年美国数学家R、贝尔曼建立动态计划。

两者为解决最优控制问题提供了理论工具。1960年美国数学家R、卡尔曼提出能控性和能观性两个观点,展现了系统的内在属性。以上标志着现代控制理论的降生,并得以迅速生长,形成了多个重要分支:系统辩识、自适应控制和自校正控制器、遥测、遥控和遥感、综合自动化、大系统理论、模式识别和人工智能、智能控制。三、自动控制与自动化技术的应用领域控制与自动化是不停生长的高、新科学技术,对人类生产、生活和科学研究有着很是重要的影响。

控制与自动化技术生长至今,可以说是已从“人类手脚的延伸”扩展到“人类大脑的延伸”。控制与自动化技术时时在为人类“谋”福利,可谓无处不在、无处没有。控制与自动化技术正在迅速地渗入家庭生活中。

好比全自动洗衣机,不用人动手就能把衣服洗得干洁净净。电脑控制的微波炉,不光能定时自动举行烹饪,做出鲜味适口的饭菜,而且宁静节电。

电脑控制的电冰箱,不光能自动控温,保持食物鲜美,而且能告诉食物存储的数量和时间,还能为烹饪鲜味佳肴提供建议。另有空调性能提供温暖如春的情况,清扫机械人能扫除房间等。在工厂,人们使用种种自动化妆置或系统,如机械人、自动化小车、数控机床、柔性生产线和盘算机集成制造系统等,完成产物的加工、装配、包装、运输、存储等事情。

在钢铁、石油、化工、农业、渔业和畜牧业等生产和治理历程中,人们用自动化仪表和自动化妆置来控制生产参数,实现生产设备、生产历程的自动化。在办公室,人们广泛地引入微型电脑及信息网络、文字处置惩罚机、电子传真机、专用交流机、多功效复印机和秘书机械人等技术和设备,不停实现办公自动化。

使用自动化的办公设备,可自动完成文件的起草、翻译、修改、审核、分发、归档等事情,并使用信息高速公路、多媒体等技术进一步提高信息加工与通报的效率,实现办公的全面自动化。办公自动化的主要目的是企业治理自动化。

在交通运输中,接纳自动化设备实现交通工具自动化及治理自动化,包罗车辆运输治理、海上及空中交通治理、都会交通控制、客票预定及出售等。在医疗保健事业及图书馆、商业服务行业中,在农作物种植、养殖业生产历程中,都可以实现自动化治理及自动化生产。在生态、情况和社会等庞大系统中,控制科学和技术为人类开发了崭新的研究途径,为决议和治理的科学化提供了可能。

在现代的和未来的战场上,飞机、舰艇、战车、火炮、导弹、军用卫星、以及后勤保障、军事指挥等,更是时时到处离不开控制与自动化技术。1、机械制造自动化 机械制造是现代工业重要的组成部门,对国民经济建设有很是庞大的影响。(1)数控技术和数控系统:数控技术是一门以数字的形式实现控制的技术,盘算机数字控制系统是由法式、输入输出设备、盘算机数字控制装置、可编法式控制器、主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。

数控技术是美国从数控机床的研制开始的。几十年来,数控装置和数控机床履历了研究、试制(1948~1955年)、在工业上应用(1956~1959年)和高速度生长(1960年到现在)三个生长阶段。实践履历证明,数控装置和数控机床在提高生产效率、节约人力、提高加工精度、降低加工用度等方面都具有很大的优越性。数控技术在近几年来获得了极为迅速的生长,它不仅在机械加工中越来越普遍获得应用,而且在其他设备中也广泛应用。

例如:数控细密火焰切割机和电火花切割机、数控弯扳机、数控弯管机、数控压力机、数控绘图机、数控电焊机等。特别是高效自动化机床,是机床自动化方面一个新的、重要生长偏向。

数字控制机床的泛起,标志着机床工业进入了一个新的生长阶段,也是当前工业自动化的主要生长偏向之一。(2)柔性制造系统:是在盘算机直接数控基础上生长起来的一种高度自动化加工形式。它是由统一的控制系统和输送系统毗连起来的一组加工设备,包罗数控机床、质料和工具自动运输设备、产物零件自动传输设备自动检测和试验设备等,不仅能举行自动化生产,而且还能在一定规模内完成差别工件的加工任务。

柔性制造系统由加工系统(多台制造设备)、物流系统(设备间自动传输质料、工具和产物零件)、中央治理系统(执行整个系统的生产计划与作业调理、集中监控以及加工法式治理等事情)组成。(3)盘算机集成制造系统:是在自动化技术、盘算机技术及制造技术的基础上,通过盘算机及其软件,将制造工厂全部生产运动(设计、制造及谋划治理,包罗市场调研、生产决议、生产计划、生产治理、产物开发、产物设计、加工制造以及销售谋划等)与整个生产历程有关的物料流与信息流实现高度统一的综合化治理,把种种疏散的自动化系统有机地集成起来,组成一个优化的完整的生产系统,从而获得更高的整体效益,缩短产物开发制造周期、提高产物质量、提高生产率、提高企业的应变能力和竞争能力。2、历程工业自动化 历程工业包罗电力、石油化工、化工、造纸、冶金、制药、轻工等国民经济中举足轻重的许多工业,主要对系统的温度、压力、流量、液位(料位)、身分和物性等六大参数举行控制。

研究这些工业的控制和治理成为人们十分关注的领域,是本学科很是重要的应用领域之一。历程控制研究历程工业生产历程的形貌、模拟、仿真、设计、控制和治理,旨在进一步改善工艺操作,提高自动化水平,优化生产历程(提高产物的产量和质量,降低原质料和能源的损耗),增强生产治理,最终显著地增加经济效益。

早期的历程控制系统主要接纳基地式仪表、气动单元组合式仪表、电动单元组合式仪表等传统技术工具,只管这些仪表、工具在历程工业的多数工厂中还在应用,但随着微处置惩罚器和工业盘算机技术的生长,现在广泛接纳可编程单回路、多回路调治器以及漫衍式盘算机控制系统。近年来迅速生长起来的现场总线网络控制系统,更是控制技术和盘算机技术高度联合的产物。与机械制造系统中的盘算机集成制造系统类似,盘算机集成生产系统将计划优化、生产调理、谋划治理和决议引入盘算机控制系统,盘算机集成生产系统是历程工业自动化的最新成就和生长偏向,是自动控制与自动化技术很是重要的应用领域。

3、电力系统自动化 不管是何种形式的电力系统,对其都有三个方面的基本要求:宁静性、经济性和须要的供电质量。为了满足这些基本要求,电力系统自动化是必不行少的。首先,宁静供电离不开自动化。纵然对于单个的火力发电系统,为了保障发电机的宁静,需要接纳自动装置举行过电压掩护、过电流掩护、接地掩护、功率反向掩护或差动掩护。

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对汽温、汽压、真空度、水位、炉膛压力、燃烧情况以及汽轮发电机的电流、电压、轴承温度等参数需要举行检测和监控。这些都是电力系统基础自动化的基本内容。现在单个的电力系统已经很少见,由差别规模、差别性质的电力系统形成庞大的联网已经成为电力系统生长的一定趋势。

此时,简朴的单项自动装置已经不能解决问题,要检测和识别更多的参数,并实时地做出正确的综合判断。其次 ,经济运行需要自动化。若干联网电厂总的经济性和单个机组经济性的思量出发点差别,不能只思量单个机组的经济性。

对于火力发电厂,不光要思量每个电厂煤耗率、煤耗微增率(即增加单元负荷所需的煤耗量),还要思量差别电厂在输电历程中的差别线路损耗。电力系统形成庞大的联网时,有多个电厂向电网输入电力,由于环网之间的着力分配相互影响,人们将面临一个多输入、多输出的大系统,它有大量、庞大的信息处置惩罚,还需要举行负荷预测。这些必须借助基于盘算机的自动化治理与控制系统才气到达希望的效果。

再次,供电质量的自动化要求。供电质量主要指电压质量和频率质量。例如频率下降时,鼓风机着力淘汰,锅炉给水泵打不上水,火力发电厂的锅炉将不能运行;油泵不能供应轴承润滑油,汽轮发电机的轴瓦将被烧坏。频率变化对电子设备的影响更大。

电压质量直接影响到用户的用电质量。电压过高会损害用电电器,或影响其寿命;电压过低则电灯不亮,荧光灯不能启动,甚至会由于转矩不够而烧坏电念头。自动调治发电机的端电压、掩护用户电压稳定、自动调治频率是电力系统自动化的主要任务之一。

4.航行器控制 航行器是人类征服自然、革新自然历程中发现的重要工具。现代航行器有许多种类,例如有飞机、导弹、人造卫星、直升机、运载火箭、宇宙飞船、航天飞机等。不管是何种航行器均离不开自动控制系统。而且差别的航行器其控制系统也各不相同,系统的性能、功效和结构可能截然差别。

因此航行器是自动控制最重要的应用领域,许多先进的、新型控制理论和技术正是为了适应航行器工程的高要求而生长起来的。(1)导弹控制系统:其主要任务是:控制导弹有效载荷的投掷精度(掷中精度),对航行器实施姿态控制,保证在种种条件下的航行稳定性;在发射前对航行器举行可靠、准确的检测和利用发射。

由于航行时间一般较短,但却经受着内外滋扰、多种情况条件的恶劣影响,因而往往偏离预计轨道和预计航行状态。控制系统的作用就是消除或减小这些滋扰和影响的结果,控制导弹准确、可靠地完成航行行动,最后飞向目的。(2)导航系统:导航是指使用敏感器件丈量航行器的运动参数,并将丈量的信息直接或经由变换、盘算来表征航行器在某种坐标系的角度、速度和位置等状态量。而由丈量、通报、变换、盘算几个环节组成并给出航行器初始状态和航行运动参数的系统则称为导航系统。

例如近几年生长和完善起来的全球卫星定位系统。不仅航行器需要导航系统,车辆、舰船也差别水平地离不启发航系统。

(3)制导系统:其主要功效是使用导航系统提供的航行器运动参数,对航行器运动举行控制,使航行器从某一航行状态到达期望的终端条件,保证航行器以足够的精度掷中目的。对于攻击远距离牢固目的的地对地导弹,一般是将导弹自身的实时运动参数与事先设计好的尺度弹道相比力,由此获得误差信号,凭据一定的制导纪律(控制算法)来控制导弹的运动,最终使导弹沿尺度弹道航行直到掷中目的。

随着控制理论的不停生长,许多新的制导纪律正在不停生长完善。航行器控制系统另有:姿态控制系统、航行控制电子综合系统、测试与发射控制系统等。

5.智能修建 一般认为智能修建包罗三大基本要素,即楼宇自动化系统,通信自动化系统和办公自动化系统,三者是有机联合在一起的。楼宇自动化系统实现对大楼供电、照明、报警、消防、电梯、空调等设备子系统的监控和治理,对设备运行参数举行实时控制与监视,对动力设备举行节能控制,对设备非正常运行状态报警,从而实现对设备的优化治理与控制,保障设备运行的宁静性和可靠性。

通信自动化系统是大厦智能化的“中枢神经”。它由种种通信设备、通信线路以及相关盘算机软件组成。

它主要包罗传送话音、数据和图象的基本通信网络;实现楼层间种种终端、微机、事情站之间通信的楼层局域网;相同楼群或楼内盘算机与楼内各个局域网间通信联系的高速主干网以及与公共信息资源(如Internet)相通的远程数据通信网。智能大厦的办公自动化系统具有文字处置惩罚、资料治理、行政治理、图象或图形处置惩罚、声音处置惩罚、网络通信等多种功效,可以对智能大厦内的数据网络控制中心提供动态信息资源分配、故障诊断及恢复、信息处置惩罚及网络性能等举行监控。6.智能交通系统 交通运输是国民经济支柱性工业,对人类的生产、生活有着很是重要的影响。

每个国家都面临门路交通日益拥挤、路网通行能力不能满足交通量增长需要的问题。智能交通系统正是为了改变现在的交通状况、减轻交通拥挤、淘汰交通事故、制止交通情况的恶化,使现代化的交通更好的为经济建设服务而泛起和生长起来的一个综合领域,自动控制和自动化技术在其中饰演着十分重要的角色。

该系统将收罗到的种种门路交通及服务信息经交通治理中心集中处置惩罚后,传输到公路运输系统的种种用户(驾驶员、住民、警员局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门),出行者可实时选择交通方式和交通门路;交通治理部门可自动举行合理的交通疏导、控制和事故处置惩罚;运输部门可随时掌握车辆的运行情况,举行合理调理。最终,使路网上的交通流运行处于最佳状态,从而改善交通拥挤和阻塞,最大限度地提高路网的通行能力,提高整个公路运输系统的灵活性、宁静性和生产效率。


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